4. Основные понятия и законы химии

4.1. Моль, молярная масса

Известно, что любое вещество состоит из атомов, химические процессы протекают благодаря взаимодействию атомов. Из практических соображений было введено понятие моля. Условились считать, что 1 моль вещества содержит 6,0210²³ частиц. Любых – атомов, молекул, ионов. Значение 6,0210²³называетсячислом Авогадро. Математически понятие моля можно записать в виде формулы:

,

(21)

где n– количество вещества, моль,N– число частиц (молекул, атомов, ионов),N_A– число Авогадро.

Массу 1 моль вещества называют молярной массой M(г/моль).Молярная массав неорганической химии является характеристикой вещества, непосредственно связанной с его количественным составом ичисленно равна молекулярной массе(массе 1 молекулы) вещества, выраженной в углеродных единицах. Молярную массу любого вещества можно вычислить по формуле:

,

(22)

где _i– стехиометрической индекс в формуле вещества,М_i– молярная масса элемента, входящего в соединение, г/моль – см. таблицу элементов Д.И. Менделеева.

Связь массы и количества вещества определяется формулой

.

(23)

Молярная масса вещества может быть определена экспериментально. Для газов ее находят, например, по относительной плотности газа D, которая представляет собой соотношение молярных масс двух газов, один из которых обычно известен:

.

(24)

Наиболее часто используют плотность газа по воздуху D_возд., тогдаМ₂=М_возд.D_возд.(М_возд.= 29 г/моль), или водороду, тогдаМ₂=.

4.2. Основные газовые законы

Состояние газа характеризуется его температурой, давлением и объемом. Если температура газа равна 0С (273,15K), а давление равно 1 атм. (1,01310⁵Па = 760 мм. рт. ст.), то условия, при которых находится газ, называют нормальными.

Между объемом газа и его количеством вещества существует взаимосвязь, которая описывается законом Авогадро: в равных объемах любых газов, взятых при одной и той же температуре и одинаковом давлении, содержится одинаковое число молекул.Следовательно,при одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает один и тот же объем. Этот объем называетсямолярным объемом газаV_M. Принормальных условиях V_M= 22,4 л и число моль газа может быть вычислено по уравнению

.

(25)

Взаимосвязь между количеством вещества газа, его температурой, давлением и объемом устанавливает уравнение Менделеева-Клайперона:

,

(26)

где P– давление, Па;V– объем, м³;n– количество вещества, моль,m– масса, г;М– молярная масса газа, г/моль;R– универсальная газовая постоянная, в системе СИR= 8,314 Дж/мольK.

На практике чаще всего приходится иметь дело со смесями газов. Каждый газ вносит свой вклад в общее давление системы – парциальное давление. Парциальным давлением называется давление, которое производил бы этот газ, занимая при тех же физических условиях объем всей газовой смеси.Парциальное давление может быть вычислено через объемное содержание газа в газовой смеси:

,

(27)

где V_i– объем данного газа,V_i– общий объем газовой смеси,

или через мольную долю газа:

,

(28)

где n_i– количество вещества данного газа,n_i– сумма числа моль всех компонентов газовой смеси

по уравнению:

pi = xiP = iP,

(29)

где P– общее давление смеси газов.

Общее давление смеси газов, не вступающих друг с другом в химическое взаимодействие, равно сумме парциальных давлений газов, составляющих данную смесь:

P=pi.

(30)

Если газ собран над жидкостью, то при расчетах его парциального давления следует иметь в виду, что оно равно разности общего давления и парциального давления пара жидкости, например, для газа, собранного над водой:

.

(31)